KR102095071B1 - 성형가능한 고강도 열간압연 강 시트로 제조된 자동차 섀시 부품 - Google Patents

성형가능한 고강도 열간압연 강 시트로 제조된 자동차 섀시 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 550 MPa의 인장강도 및 성형성의 우수한 조합을 갖는 고강도 열간압연 강 시트에 관한 것으로, 상기 강 시트는 중량퍼센트로, 최대 0.15% C, 최대 0.5% Si, 0.5 내지 2.0% Mn, 최대 0.06% P, 최대 0.008% S, 최대 0.1% Sol. Al, 최대 0.02% N, 0.02 내지 0.45% V, 0.05 내지 0.7% Mo, 선택적으로, 0.01 내지 0.1% Nb, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 강 시트는 석출 강화되고 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조를 가지며, 상기 미세구조 중의 페라이트 상의 체적 분율은 97% 이상이며, 상기 미세구조 중의 석출물은 Mo 및 V, 선택적으로 Nb를 함유하는 복합 탄화물의 미세 석출물을 포함한다.

Description

성형가능한 고강도 열간압연 강 시트로 제조된 자동차 섀시 부품{AUTOMOTIVE CHASSIS PART MADE FROM HIGH STRENGTH FORMABLE HOT ROLLED STEEL SHEET}
본 발명은 자동차 섀시 부품 등에 적합한 고강도 강 시트, 특히 적어도 550 MPa의 인장강도와 성형성의 우수한 조합을 갖는 고강도 열간압연 강 시트 및 상기 강 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
연비 향상 및 탄소발자국(carbon footprint)과 관련하여 증가하는 요구의 배경으로, 더 높은 인장강도와 더 작은 두께를 갖는 자동차용 열간압연 강 시트들이 개발되고 있다. 특히, 더 높은 인장강도와 더 작은 두께가 자동차 섀시 부품용 열간압연 강 시트들에 요구되고 있다. 한편, 자동차 섀시 부품들은 통상적으로 복잡한 형상을 가지기 때문에, 이들 부품용 열간압연 강 시트는 높은 연신율과 우수한 신장 플랜지성(stretch flangeability)뿐만 아니라 높은 인장강도를 가질 것이 요구된다. 또한, 섀시와 서스펜션 부품들의 키 인-서비스(key-in service) 요구사항은 높은 내피로성(fatigue resistance)이다.
알려진 고강도 강들이 갖는 주요 문제점은 신장 플랜징 중에 에지 크랙킹(edge cracking)되는 경향이 있다는 것이다. 플랜징은 강성을 부가하기 위해 부품의 에지를 굽히는 굽힘 조작이다. 신장 플랜징은 중앙에서 내측으로 구부러진 굽혀진 에지를 형성하는 성형 조작이다. 특정 재료의 신장-플랜지성을 결정하기 위한 통상의 데스트는 홀 확장 테스트이다.
홀 확장비(hole expansion ratio)는 열간압연된 고강도 강의 성형성/신장 플랜지성을 특정하기 위해 최근에 설계되었다. 홀 확장 테스트는, 통상적으로 펀칭된 또는 기계가공된 홀을 통하여 원추형 펀치를 밀어 넣어, 펀칭된 또는 기계가공된 홀을 확장시킴으로써 수행된다. 테스트 샘플의 홀의 초기 직경(d0)을 측정한다. 테스트 샘플의 확장 홀의 에지에서 파열(tear)이 관찰될 때, 펀치의 이동을 즉각 중지하고 테스트 샘플의 홀의 최종 직경(df)을 초기 직경과 동일한 방식으로 측정한다.
홀 확장값, "λ"는 하기의 식을 사용하여 계산한다.
Figure 112014118733619-pct00001
섀시 및 서스펜션 용도의 고강도 강(HSS)에 관한 주요 문제점은 피로파괴(fatigue failure)에 대한 민감도이다. 페라이트 매트릭스 중에 마르텐사이트 및 베이나이트와 같은 추가의 경질 상(hard phase)들을 이용한 강화된 HSS는 피로균열의 발생 및 전파에 낮은 저항을 나타내는 것으로 알려져 있다. 피로성능(fatigue performance)은 피로강도의 정의 - 특정된 수의 하중 사이클(예를 들어, 100000 사이클) 후에 피로파괴가 발생하지 않는 응력 - 에 의해 정량화된다.
본 발명의 목적은, 적어도 550 MPa의 인장강도, 높은 연신율(elongation) 및 우수한 신장 플랜지성을 갖는 고강도 열간압연 강 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 복잡한 형상의 자동차 섀시 부품들의 제조에 적합한 적어도 550 MPa의 인장강도를 갖는 고강도 열간압연 강 시트 및 상기 고강도 열간압연 강 시트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 자동차 섀시 부품들을 제조하는데 사용될 때, 피로파괴에 대해 우수한 저항을 나타내는, 적어도 550 MPa의 인장강도를 갖는 고강도 열간압연 강 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 인장강도가 적어도 580 MPa이고, 홀 확장비가 적어도 90%인, 전술한 목적들에 따른 고강도 열간압연 강 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 인장강도가 적어도 750 MPa이고, 홀 확장비가 적어도 60%인, 전술한 목적들에 따른 고강도 열간압연 강 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 인장강도가 적어도 980 MPa이고, 홀 확장비가 적어도 30%인, 전술한 목적들에 따른 고강도 열간압연 강 시트를 제공하는 것이다.
전술한 목적들은 하기의 조성(중량퍼센트)을 포함하고, 적어도 550 MPa의 인장강도와 성형성의 우수한 조합을 갖는 고강도 열간압연 강 시트를 제공하는 것에 의해 달성된다.
- 최대 0.15% C
- 최대 0.5% Si
- 0.5 내지 2.0% Mn
- 최대 0.06% P
- 최대 0.008% S
- 최대 0.1% 가용성 Al(Sol. Al)
- 최대 0.02% N
- 0.02 내지 0.45% V
- 0.05 내지 0.7% Mo
- 선택적으로 0.01 내지 0.1% Nb
- 잔부 Fe 및 불가피한 불순물,
여기서, 상기 강 시트는 석출(precipitation) 강화되고 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조(ferritic microstructure)를 가지며, 상기 미세구조 중의 페라이트 상(ferrite phase)의 체적 분율(volume fraction)은 97% 이상이며, 상기 미세구조 중의 석출물들은 Mo 및 V, 그리고 선택적으로 Nb를 함유하는 복합 탄화물의 미세 석출물들을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예들과 비교예들의 홀 확장비(λ)와 UTS의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 2는 바나듐 함량에 대한 석출 강화의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도 3은 도 2와 유사한 그래프도이다.
도 4는 종래의 열간압연 고강도 저합금(HSLA) 강 및 열간 또는 냉간압연 첨단 고강도(AHS) 강과 비교하여 인장강도 및 홀 확장성 측면에서의 본 발명의 실시예들의 이점을 도시하는 그래프도이다.
도 5는 냉간압연(CR) DP800 및 CP800, 열간압연(HR) HSLA S700, 및 티타늄 및 몰리브덴에 기초한 높은 석출 강화를 갖는 본질적으로 단상의 페라이트계 열간압연 강 등급(HR-F800)에 대해 전형적으로 간주되는 데이터를 갖는 피로파괴(Nf) 곡선에 대한 사이클 함수로서의 S-N(응력)(MPa)을 나타내는 그래프도이다.
도 6은 항복강도(MPa)에 대해 의도된 도 5의 S-N 곡선으로부터 얻어진 100000 사이클에서의 파괴에 대한 피로강도를 나타내는 그래프도이다.
도 7은 본 발명의 강 시트에 해당하는 S-N 곡선들을 나타내는 그래프도이다.
본 발명은 높은 냉간-신장 성형성뿐만 아니라 높은 신장-플랜지 성형성의 조합을 갖고, 신장-플랜징으로 인한 조기 에지 크랙킹의 문제점을 해결하는, 고강도 강을 제공한다. 고강도와 성형성의 이러한 우수한 조합은 고밀도의 미세 석출물들에 의해 강화된, 세립(fine-grained)이고 실질적으로 단상의 연성 페라이트 미세구조로부터 기인한다. 단상의 페라이트 미세구조는 높은 연신율을 제공하고, 이러한 미세구조가 내부응력을 거의 갖지 않고 550 MPa 이상의 인장강도를 갖는 고강도 강의 신장-플랜징 중의 조기 에지 크랙킹에 대한 잠재적인 핵생성 사이트(nucleation site)들로 작용할 수 있는 탄소-풍부 상 성분(carbon-rich phase constituent) 또는 티타늄계 개재물들이 없기 때문에, 조기 에지 크랙킹 없이 높은 신장-플랜지 성형성을 충족시킨다. 그 결과, 상기 강은 고강도, 높은 연신율 및 높은 홀 확장성의 조합을 나타낸다. 또한, 상기 강은 상기 미세구조 때문에 우수한 피로특성들을 나타낸다. 이는, 탄소-풍부 상 성분 및/또는 티타늄계 개재물들의 무존재 뿐만 아니라 미세구조의 세립 특성(fine-grained nature) 모두가 높은 내피로성에 기여하는 것으로 여겨진다. 성형성 및 내피로성에 대한 티타늄의 잠재적인 유해한 영향 때문에, 이러한 강 중의 티타늄의 함량은 가능한 한 낮게 유지되어야 하며, 반드시 불가피한 불순물의 레벨을 초과하지 않아야 하는 것이 필수적이다. 본 발명에 따른 강에 있어서, 티타늄은 합금원소로서 의도적으로 첨가되지 않는다. 티타늄은 제조공정에서 사용된 스크랩 금속으로부터의 픽업(pick-up) 또는 다른 합금첨가물 중의 불순물로서 존재할 수 있다. 성형성 특성들에 악영향을 미치는 티타늄 함량의 레벨을 정의하는 것을 어렵지만, 본 발명자들은 Ti의 함량이 0.015% 미만, 바람직하게는 0.010% 미만인 경우 티타늄 석출물들을 형성하는 위험이 적다는 것을 발견하였다.
이러한 강 중의 합금원소들의 역할은 다음과 같다.
C는 높은 수준의 석출 강화를 얻기 위해 Nb, V 및 Mo와 함께 탄화물 석출물(carbide precipitate)들을 형성하도록 첨가된다. 소망 강도를 달성하기 위해 필요한 C의 함량은 Nb, V 및 Mo의 함량에 의존한다. 그러나, 만약 형성된다면 홀 확장성 및 내피로성에 유해한 탄소-풍부 상 성분들의 형성을 방지하도록, 최대 함량은 0.15% 이다.
Si는 중요한 고용 강화(solid solution strengthening)를 제공하고 세멘타이트와 펄라이트의 형성을 지연시키며, 이에 따라 신장-플랜지 성형성을 손상시키는 조대 탄화물(coarse carbides)의 형성을 억제시킨다. 그러나, 압연 하중(rolling load)을 감소시키고, 표면의 문제를 억제시키고, 그리고 피로특성들을 최적화시키기 위해서는 낮은 Si 함량이 바람직하다. 이런 이유로, Si 함량은 0.5%를 초과할 수 없다.
Mn은 고용 강화를 제공하고 페라이트 변태온도 및 페라이트 변태속도를 억제한다. 페라이트 매트릭스의 충분한 고용 강화는 변태 동안의 석출 강화를 최대화하도록 위해 낮은 변태온도가 필요하다. 따라서, Mn 함량은 적어도 0.5 wt% 이어야 한다. 그러나, 2 wt% 보다 높은 Mn 함량은 신장-플랜지 성형성을 손상시킬 수 있는 편석(segregation)을 유도할 수 있다. 따라서, Mn 함량은 0.5 내지 2.0 wt% 범위이어야 한다. 바람직하게는, 최소 Mn 함량은 1.2% 이다.
P는 고용 강화를 제공한다. 그러나, 높은 레벨에서, P 편석은 신장-플랜지 성형성을 손상시킬 것이다. 따라서, P 함량은 0.06 wt% 이하여야 한다.
높은 S 함량은 신장-플랜지 성형성을 손상시킬 것이다. 따라서, S 함량은 0.008 wt% 이하여야 한다.
Al은 탈산제로서 첨가된다. 그러나, 너무 높은 Al은 신장-플랜지 성형성을 손상시킬 것이다. 따라서, 산화물로서 존재하지 않는 Al(가용성 Al) 함량은 0.1 wt% 이하여야 한다. 전체 알루미늄 함량은 AlxOy + 가용성 Al로서의 Al이다. 가용성 Al에 대한 적절한 최소 함량은 0.02% 이다.
Nb는 결정립 미세화 및 석출 강화를 제공한다. 결정립 미세화는 강도와 연신율 사이의 양호한 균형을 위해 중요하며, 개선된 피로 성능에 기여하는 것으로 여겨진다. 한편, 니오븀은 또한 열간압연 동안의 재결정의 지연을 야기하기 때문에 항상 바람직한 원소는 아니다. 따라서, 본 발명에서 그의 존재는 선택 사항이다. 그러나, 미세한 Nb 복합 탄화물들에 기초한 석출 강화는 높은 연신율 및 높은 홀 확장성과 조합하여 단상 페라이트 미세구조에 기초한 소망 강도 레벨에 기여하며, 이 기여를 원한다면 Nb 함량은 적어도 0.01 wt% 이여야 한다. Nb 레벨이 0.1 wt%를 초과하면, Nb는 높은 항복강도를 달성하기 위한 열간압연 강들에 대한 그의 효율성을 잃어버리게 되고 원하지 않는 높은 압연력을 유도한다. 따라서, 존재한다면, Nb 함량은 0.01 내지 0.1 wt% 이어야 한다.
V는 석출 강화를 제공한다. 미세한 V 복합 탄화물들에 기초한 석출 강화는 높은 연신율 및 높은 홀 확장성과 조합하여 단상 페라이트 미세구조에 기초한 소망 강도 레벨을 달성하기 위해 중요하다. V 함량은 0.02 내지 0.45 wt% 범위여야 한다. 적절한 최소 V 함량은 0.04% 이다.
Mo는 세멘타이트와 펄라이트 형성을 억제한다. 이는 단상 페라이트 미세구조를 달성하기 위해 중요하다. 또한, Mo는 높은 수준의 석출 강화를 달성하기 위해 Nb 및/또는 V에 기초한 미세한 복합 탄화물 석출물들을 달성하기 위해 필요하다. Mo는 미세한 복합 탄화물 석출물들의 조대화를 또한 방지하고, 이에 의해 조대 석출물들의 석출 경화의 감소를 방지하는 것으로 여겨진다. 따라서, Mo 함량은 0.05 내지 0.7 wt% 범위여야 한다. 적절한 최소 Mo 함량은 0.1% 이다.
N은 낮은 레벨, 즉, 0.02% (200 ppm) 이하여야 한다. 너무 높은 N 함량은 냉간-신장 및 신장-플랜지 성형성을 손상시킬 것이다. 중량퍼센트로 나타낸 Al 및 N의 함량이 (Al/27)/(N/14) ≥ l의 식을 만족하는 경우, 본질적인 페라이트 미세구조의 석출 강화에 기여하는 지배적 석출 모드(dominant precipitation mode)는 V 및 Mo, 그리고 선택적으로 Nb에 기초한 복합 탄화물 석출이다. 중량퍼센트로 나타낸 Al 및 N의 함량이 (Al/27)/(N/14) < l의 식을 만족하는 경우, 상기 복합 탄화물 석출에 부가하여 질화물 및/또는 탄질화물 석출이 활성화될 것이다. 적절한 최소 N 함량은 0.002%(즉, 20 ppm)이다.
550 MPa 이상의 인장강도를 갖는 종래의 고강도 강들은 니오븀, 바나듐 및/또는 티타늄 탄질화물 석출물들에 기초한 종래의 석출 강화와의 조합 여부에 따른 탄소-풍부 상 성분들로부터 그들의 강도를 부분적으로 얻는다. 그들의 미세구조는, 탄소-풍부 및 비교적 경질 상의 성분들이 매립된 비교적 연질 페라이트 매트릭스로 구성되거나, 또는 700 MPa 보다 높은 인장강도의 경우에 부분 또는 완전 베이나이트계 또는 마르텐사이트계 미세구조로 구성될 수 있다. EP1338665호는, 미세구조 중의 페라이트가 다른 원소들과 조합하는 티타늄에 기초한 고밀도의 미세한 탄화물에 의해 석출 강화되는, 단상 페라이트 미세구조에 기초한 550 MPa 이상의 인장강도를 갖는 고강도 강의 대안적인 개념을 제공한다. EP1790737호 및 EP1616970호는 다상, 즉 단상이 아닌 페라이트 미세구조에 기초한 대안적인 개념을 제공한다. 두 문헌의 개념에 있어서, 페라이트는 몰리브덴 및 선택적으로 추가의 니오븀 및/또는 바나듐과 조합하는 티타늄에 기초한 고밀도의 미세한 탄화물 석출물에 의해 석출 강화된다. 이들 티타늄계 석출물들은 성형성 및 피로 특성들에 악영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따른 강은 실질적으로 단상의 세립 페라이트 미세구조로부터 그의 강도를 얻으며, 페라이트는 바나듐 및/또는 니오븀(존재한다면)과 조합하는 몰리브덴에 기초한 고밀도의 미세한 탄화물 석출물들에 의해 석출 강화된다. 이 개념은 신장-플랜지 성형성을 손상시킬 수 있는 조대 티타늄-풍부 개재물들의 존재를 방지하기 위해 명시적으로 티타늄의 사용을 피한다. 또한, 높은 티타늄 함량은 최종 미세구조 내에, 신장-플랜지 성형성에 유해하고 홀 확장성을 손상시킬 수 있는, 비교적 높은 수준의 내부응력을 유도할 수 있다. 충분한 석출 강화를 달성하도록 바나듐 및 몰리브덴과 조합하여 충분한 결정립 미세화를 달성하기 위해 낮은 니오븀 함량을 사용하는 것은, 높은 티타늄의 사용과 비교하여 최종 미세구조 내에 적은 내부응력을 유도할 것이다. 이는, 신장-플랜지 성형성에 긍정적인 영향을 가지며, 실질적으로 홀 확장성을 개선한다.
700 MPa 보다 높은 인장강도를 갖는 완전 베이나이트계 또는 마르텐사이트계 강들의 신장-플랜징 동안의 응력 국소화(stress localisation)는 그들의 균질한 미세구조 때문에 억제된다. 그러나, 이들 고강도 강의 미세구조는 단상 페라이트 미세구조를 갖는 강과 유사한 수준의 변형(strain) 및 유사한 인장강도를 충족시킬 수 없다. 결과적으로, 이들 강들은 본 발명에 따른 연성의 단상 페라이트 미세구조와 비교하여 상당히 낮은 냉간-신장 성형성을 갖는다.
미세구조가 적어도 97%의 석출 강화된 체적을 함유하고, 실질적으로 단상의 세립 페라이트 매트릭스인 경우, 미세구조는 실질적인 단상 페라이트 미세구조로 간주되며, 본 발명의 목적(들)은 이러한 미세구조를 달성할 수 있다. 그러나, 미세구조는 적어도 98%, 바람직하게는 99%, 그리고 가능하다면 100%의 석출 강화된 체적을 함유하고 실질적으로 단상의 세립 페라이트 매트릭스인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 고강도 열간압연 강 시트의 인장강도는 적어도 550 MPa, 바람직하게는 580 MPa 이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 고강도 열간압연 강 시트의 인장강도는 적어도 580 MPa 이며, 홀 확장비는 적어도 90% 이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 고강도 열간압연 강 시트의 인장강도는 적어도 750 MPa 이며, 홀 확장비는 적어도 60% 이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 고강도 열간압연 강 시트의 인장강도는 적어도 980 MPa 이며, 홀 확장비는 적어도 30% 이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 강 시트는 석출 강화되고 실질적으로 단상 페라이트 미세구조를 가지고, 상기 미세구조 중의 페라이트 상의 체적 분율은 97% 이상이고, 상기 미세구조 중의 석출물들은 Mo, V 및 Nb를 함유하는 복합 탄화물들의 미세 석출물들을 포함한다. 단상 페라이트 매트릭스의 이점은 연신율 및 홀 확장성의 측면에서 높은 성형성을 나타내며, 피로파괴에 높은 저항을 나타낸다. 니오븀의 사용은 인장강도 및 내피로성 모두에 기여하는 열-기계적 제어 압연에 의해 달성된, 결정립 미세화에 기여한다. 또한, 니오븀, 바나듐 및 몰리브덴은 550 MPa 이상, 바람직하게는 580 MPa 이상의 인장강도를 달성하도록 충분한 석출 강화를 제공하는 것과 관련이 있다. 니오븀은 결정립 미세화 및 석출 강화 모두를 통해 전체적인 강도에 기여하기 때문에, 증가된 니오븀에 의한 증가된 결정 강화(grain strengthening)는 소망 강도 레벨을 달성하도록, 감소된 바나듐 및/또는 몰리브덴 함량에 의한 석출 강화의 감소도(decreased degree)를 보상하는데 사용될 수 있다. 이는 합금 비용을 감소시킬 것이다.
일 실시예에 있어서, 강 시트는 석출 강화되고 실질적으로 단상 페라이트 미세구조를 가지고, 상기 미세구조 중의 페라이트 상의 체적 분율은 97% 이상이고, 상기 미세구조 중의 석출물들은 Mo 및 V를 함유하지만 Nb를 함유하지 않는 복합 탄화물들의 미세 석출물들을 포함한다. 이 강은 실질적으로 니오븀을 함유하지 않는다. 단상 페라이트 매트릭스의 이점은 연신율 및 홀 확장성의 측면에서 높은 성형성을 나타내며, 피로파괴에 높은 저항을 나타낸다. 바나듐의 사용은 인장강도 및 내피로성 모두에 기여하는 재결정 제어 압연에 의해 달성된, 결정립 미세화에 기여한다. 또한, 바나듐 및 몰리브덴은 550 MPa 이상, 바람직하게는 580 MPa 이상의 인장강도를 달성하도록 충분한 석출 강화를 제공하는 것과 관련이 있다. 니오븀을 함유하지 않고, 바나듐 및 몰리브덴을 함유하는 조성을 사용하는 이점은, 열간 스트립 밀에서 낮은 압연 하중을 유도할 것이며, 차원 윈도우(dimensional window)를 넓힐 것이다. 또한, 니오븀을 함유하지 않는 이 조성의 사용은 종래의 열간 스트립 밀(Hot Strip Mill; HSM)뿐만 아니라, 감소된 에너지 입력 및 낮은 처리비용을 유도하는 콤팩트 스트립 제조(Compact Strip Production; CSP) 라인에서 이 강 등급(grade)의 제조를 허용할 것이다.
본 발명의 청구범위들 중 하나에 따른 강 시트는 하기의 조성을 포함한다.
- 적어도 1.2% Mn 및/또는
- 적어도 0.02% 가용성 Al(Al_sol) 및/또는
- 적어도 0.04% V 및/또는
- 적어도 0.1% Mo 및/또는
- 적어도 0.02% C 및/또는
- 적어도 0.002% N.
바람직한 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 강 시트가 제공되며, 이 강 시트의 미세구조는 펄라이트, 세멘타이트, 마르텐사이트 또는 베이나이트와 같은 탄소-풍부 미세구조가 실질적으로 존재하지 않고 또한 바람직하게 완전히 존재하지 않으며, 그리고/또는 티타늄계 석출물들 또는 티타늄계 개재물들이 실질적으로 존재하지 않고 또한 바람직하게 완전히 존재하지 않는다. 탄소-풍부 미세구조 성분들 및 티타늄계 개재물들의 존재는 홀 확장성을 손상시키고 피로파괴에 대한 저항을 감소시킬 것이다. 더욱이, 니오븀 및/또는 바나듐에 기초한 본질적으로 티타늄이 없는 조성의 사용은, 니오븀 및/또는 바나듐을 포함하는 석출 원소들을 용해시키기 위한 낮은 재가열 온도를 사용할 수 있는 기회가 얻어지는 이점을 제공한다. 최종 제품에서의 석출물들의 소망 체적 및 분포를 형성하기 위해, 합금 첨가는 열간 스트립 밀에서의 슬래브의 재가열 동안의 고용(solution)을 고려하여야 한다. 티타늄 합금 전략의 결점은, 주조 동안 형성된 조대 티타늄 탄화물들을 용해시키기 위해 매우 높은 재가열 온도가 필요하다는 것이다. 바나듐 및 바나듐/니오븀 조성은 상당히 낮은 재가열 온도를 필요로 한다. 이는, 에너지 소비에 유익하고, 또한 재가열 온도는 재가열 노에서의 더 큰 처리량 및 이에 따른 높은 생산성을 허용하며, 추가적으로, 낮은 재가열 온도는 실리콘 첨가가 표면 상태에 미치는 악영향을 제한한다. 또한, 티타늄을 합금원소로 사용하지 않음으로써 열간 균열(hot-cracking)의 위험이 줄어들며, 이에 의해 연속주조 슬래브들을 고온-장입(hot-charging)할 필요성이 제거된다. 이는, 제조 경로에서 더 많은 유연성을 허용한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 강이 제공되며, 중량퍼센트로 나타내어진 이 강 중의 C, Nb, V 및 Mo의 함량은 하기 식을 만족한다.
Figure 112014118733619-pct00002
C, Nb, V 및 Mo의 함량을 이러한 방식으로 균형맞추는 것에 의해, 본 발명자들은 안정적이고 재현가능한 특성들이 달성될 수 있다는 것을 발견했다.
바람직하게는, (Nb/93 + V/51 + Mo/96)/(C/12)는 1.2 이상이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 강이 제공되며, 중량퍼센트로 나타내어진 이 강 중의 Nb, V 및 Mo의 함량은 하기 식을 만족한다.
Figure 112014118733619-pct00003
다른 실시예에 있어서, (Mo/96)/(Nb/93 + V/51)의 비는 1.0 이상이다.
Nb, V 및 Mo의 함량을 이러한 방식으로 균형맞추는 것에 의해, 본 발명자들은 안정적이고 재현가능한 특성들이 달성될 수 있다는 것을 발견했다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 강이 제공되며, 중량퍼센트로 나타내어진 이 강 중의 C, N, Nb, V, Mo 및 Al의 함량은 하기 식을 만족한다.
Figure 112014118733619-pct00004
C, N, Nb, V, Mo 및 Al의 함량을 이러한 방식으로 균형맞추는 것에 의해, 본 발명자들은 안정적이고 재현가능한 특성들이 달성될 수 있다는 것을 발견했다.
바람직하게는, (Nb/93 + V/51 + Mo/96 + Al/27)/(C/12 + N/14)는 1.2 이상이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 강이 제공되며, 중량퍼센트로 나타내어진 이 강 중의 C, N, Nb, V, Mo 및 Al의 함량은 하기 식을 만족한다.
Figure 112014118733619-pct00005
C, Nb, V, Mo 및 Al의 함량을 이러한 방식으로 균형맞추는 것에 의해, 본 발명자들은 안정적이고 재현가능한 특성들이 달성될 수 있다는 것을 발견했다. 바람직하게는, (Nb/93 + V/51 + Mo/96 + Al/27)/(C/12 + N/14)는 1.2 이상이다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 강이 제공되며, 강 시트는 그의 표면에 아연계 도금 코팅을 갖는다. 예를 들어, 용융침지 아연도금 또는 전기아연도금에 의한 종래의 아연계 코팅을 강에 제공하는 것에 의해, 강 및 이 강으로부터 제조된 부품은 부식으로부터 보호된다.
제2 관점에 따르면, 본 발명은 적어도 550 MPa의 인장강도와 성형성의 우수한 조합을 갖는 고강도 강 시트를 제조하는 방법으로 구현되며, 상기 방법은, 최대 0.15% C, 최대 0.5% Si, 0.5 내지 2.0% Mn, 최대 0.06% P, 최대 0.008% S, 최대 0.1% 가용성 Al, 최대 0.02% N, 0.02 내지 0.45% V, 0.05 내지 0.7% Mo, 선택적으로 0.01 내지 0.1% Nb, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬래브를 열간압연하는 단계; Ar3 변태점 이상의 마무리 열간압연온도에서 상기 열간압연을 마무리하는 단계; 및 700 내지 585℃의 온도 범위에서 상기 열간압연 강 시트를 코일링하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 열간압연 강 시트는 약 10 ℃/s 내지 약 150 ℃/s의 평균 냉각속도에서 코일링 온도로 냉각되며, 선택적으로, 상기 방법은 강 시트의 표면에 아연계 도금을 적용하는 단계를 포함한다.
제2 관점에 따르면, 본 발명은 또한, 하기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 고강도 열간압연 강 시트 및/또는 본 발명에 따라 제조된 고강도 열간압연 강 시트, 바람직하게는 자동차 섀시 부품 제조용 고강도 열간압연 강 시트를 사용하는 자동차 섀시 부품에서 구현된다.
- 적어도 750 MPa의 인장강도 및 적어도 60%의 홀 확장비를 가지며, 여기서 인장강도(TS), 전체 연신율(El) 및 시트 두께(t)(mm)는 (TS x El) / t0 .2 ＞ 12000의 식을 만족하거나, 또는
- 적어도 980 MPa의 인장강도 및 적어도 30%의 홀 확장비를 가지며, 여기서 인장강도(TS), 전체 연신율(El) 및 시트 두께(t)(mm)는 (TS x El) / t0 .2 ＞ 13000의 식을 만족하거나, 또는
- 적어도 760 MPa의 인장강도, 0.9의 최소 항복비(yield ratio), 적어도 60%의 홀 확장비 및 1000 MPa의 파괴에 대해 100000 사이클의 최소 피로강도(Δσ)를 가지며, 여기서 인장강도(TS), 전체 연신율(El) 및 시트 두께(t)(mm)는 (TS x El) / t0 .2 ＞ 12000의 식을 만족한다.
본 발명을 하기의 비제한적인 실시예들에 의해 추가로 설명한다.
실시예 1
Figure 112014118733619-pct00006
표 1에 나타낸 화학조성을 갖는 강 "A" 내지 "O"는 3.0 내지 3.6 mm 범위의 두께를 갖는 강 시트 "1" 내지 "24"를 제조하는 표 2에 주어진 조건(RHT = 재가열 온도; FRT = 마무리 압연 온도; CT = 코일링 온도; YS = 항복강도; UTS = 극한 인장강도; EI = 연신율) 하에서 열간압연되었다. 표 1, 4 및 8에서 원자비(atomic ratio) "A" = (Ti + Nb + V + Mo)/C 이고, 원자비 "B" = Mo/(Ti + Nb + V) 이다. 열간압연 강 시트들은 인장 시험 및 홀-확장 시험 전에 산세하였다. 인장 특성들은, 압연 방향과 평행한 강 시트들로부터 JIS No. 5 테스트 시편들을 취하고, EN 10002-1/ISO 6892-1에 따라 테스트 시편에 인장강도 시험을 적용하는 것에 의해 측정하였다. 일부 경우에서는, 인장 테스트 시편들의 표면거칠기는 부드러운 그라인딩(gentle grinding)을 사용하여 테스트 시편들을 박막화하여 제거하였다. 신장 플랜지성에 대한 기준으로 고려되는 홀 확장비(λ)를 결정하기 위해, 각각의 강 시트로부터 90 mm2 크기의 3개의 강 샘플들을 절단하고, 이어서 이 샘플들에 펀칭에 의해 10 mm 직경의 홀을 제작하였다. 샘플들의 홀 확장성 시험은 상부 버링(upper burring)으로 수행되었다. 60°의 원추형 펀치를 아래에서 밀어올리고 관통 두께 균열(through thickness crack)이 형성될 때의 홀 직경(df)를 측정하였다. 홀 확장비(λ)는 d0 = 10 mm를 갖는 하기 식을 사용하여 계산하였다.
Figure 112014118733619-pct00007
미세구조는, 미세구조 중의 상 성분들을 식별하고, 세멘타이트 및/또는 펄라이트의 전체 분율을 측정하기 위해 광학 현미경, 주사전자현미경(SEM) 및 전자후방산란회절(electron backscatter diffraction; EBSD)을 사용하여 확인하였다. 또한, 평균 입경(grain size)은 EBSD를 사용하여 측정하였다. 시험된 강 시트들의 인장 특성 및 홀 확장비는 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2에는, 시험된 강 시트들의 미세구조의 형태의 평가가 나타나 있다. 시험된 강 시트들의 평균 입경은 표 3에 나타낸다.
본 발명의 실시예의 강 시트 "1" 내지 "15"는 97% 이상의 페라이트 분율을 갖고, 티타늄계 석출물들 또는 개재물들이 없는, 실질적으로 단상 페라이트 미세구조를 가지며, 상기 미세구조 중에 석출된 Nb 및/또는 V와 Mo를 함유하는 복합 탄화물들을 포함한다. 모든 시트들은 높은 전체 연신율과 높은 홀 확장성을 조합하여 550 MPa 이상의 UTS를 갖는다. 본 발명에 대한 Mo의 존재는, 높의 수준의 홀 확장성을 충족시키는 본질적으로 단상의 페라이트 미세구조에 기초한 고강도를 달성하기 위해서는 필수적이다. Mo의 역할은 세멘타이트 및/또는 펄라이트의 형성을 억제하고, Nb 및/또는 V와 Mo를 함유하는 고밀도의 미세한 복합 탄화물들의 존재에 의해 최종 미세구조의 석출 강화를 촉진하는 것이다.
전술한 본 발명의 실시예들과는 대조적으로, 비교예의 강 시트 "16" 내지 "24"는 세멘타이트 및/또는 펄라이트의 존재(강 시트 "16" 내지 "23")에 의해 97% 보다 낮은 페라이트의 체적 분율을 포함하는 미세구조, 또는 티타늄계 개재물(강 시트 "24")들이 함유된 미세구조를 가졌다. 비교예들의 이들 강 시트들은, 유사한 UTS를 갖는 본 발명의 실시예들의 강 시트 "1" 내지 "15" 보다 상당히 낮은 홀 확장성을 가지며, 이는 페라이트의 체적 분율이 97% 보다 낮기 때문이거나, 또는 홀 확장 시험 동안 원추형 펀치 옆으로 진행하는 상당히 긴 파괴를 개시하는 조기 에지 크랙킹이 생기게 하는 티타늄계 개재물들의 존재 때문이다. 이는, 도 1에서 설명되며, 도 1에서 백색 원(○)들은 본 발명의 실시예들을 나타내고, 흑색 원(●)들은 비교예들을 나타낸다. 선(line)들은 백색 원과 흑색 원들을 통과하는 직선을 각각 나타내고, 주어진 UTS에서 본 발명의 실시예들이 일관하여 더 높은 홀 확장비(λ-값)를 나타내는 것을 눈으로 확인하기 위한 역할을 한다.
본 발명의 실시예 및 비교예들 모두에 대하여 항복강도(σγ)에 대한 석출 강화(σp)의 계산된 기여는 표 3에 나타낸다. 석출 강화(σp)는 하기 식을 사용하여 계산하였다.
σp = σγ - σo - σss - 17.4 x d-1/2 (d: 페라이트 입경, mm)
σo는 53.9 MPa와 같으며, 고용 강화는 하기 식을 따른다.
σss = 32[wt% Mn] + 83[wt% Si] + 11[wt% Mo] + 678[wt% P] + 354[wt% Nf]
무 (가용성) 질소의 양(%Nf)은 무시할 수 있는 것으로 가정한다.
본 발명의 실시예들의 계산된 석출 강화는 사용된 C, Nb, V 및 Mo의 함량에 따라, 약 150 내지 거의 500 MPa 범위이다. 이는, 유사한 양의 C, Nb 및 V를 함유하지만 Mo는 함유하지 않는 조성으로 달성되는 석출 강화의 양보다 상당히 높다. 적절한 레벨의 C, Nb, V 및 Mo를 사용하는 것에 의해 달성될 수 있는 매우 높은 수준의 석출 강화는 본 발명의 실시예들 중 강 시트 "12" 및 "13"으로 실증된다. 이들 2개의 강 시트의 계산된 석출 강화는 940 MPa에 근접하는 전체적인 항복강도를 갖는 약 450 내지 470 MPa 이다. 이러한 높은 항복강도는, Nb 및/또는 V를 함유하는 탄화물의 석출물들에 의해서만 강화된 본질적인 단독 페라이트 미세구조를 갖는, Nb 및/또는 V로 구성되고 Mo는 없는 조성물을 갖는 강 시트들에 의해 달성될 수 없다. 이러한 조성을 갖는 강 시트들로 달성가능한 최대 항복강도는, 가장 중요한 Nb 및/또는 V의 양에 따라, 전형적으로 550 내지 650 MPa 범위이다.
석출 강화에서의 Mo의 역할은, 약 56 mwt%(즉, 1/1000 weight%) Nb 및 0.19 wt% Mo에 기초한 조성을 갖는 강 시트 "18" 대 약 55 mwt% Nb 및 Mo는 없는 것에 기초한 조성을 갖는 강 시트 "22" 사이의 항복강도의 비교에 의해 더 실증된다. 비교예들의 양쪽 강 시트들은 유사한 조건들 하에서 열간압연되었으며, 이들 강 시트들은 페라이트, 세멘타이트 및 펄라이트로 구성되는 유사한 세립 미세구조들을 가졌다. Mo를 갖는 강 시트 "18"의 항복강도는 Mo가 없는 강 시트 "22"보다도 62 MPa 높은 항복강도를 갖는다. 추가의 강도는 Nb 및 Mo를 함유하는 복합 탄화물들에 기초한 추가의 석출 강화로부터 주로 얻어진다. 전체 항복강도에 대한 석출 강화의 기여의 계산의 결과는 표 3에 나타나 있으며, Mo의 첨가는 약 40 MPa까지 증가된 석출 강화를 갖는 것을 나타낸다. 이는, 유사한 Nb 및/또는 V 레벨을 갖는 정규의 Nb 및/또는 V 탄화물 석출물로 달성가능한 이상으로 석출 강화를 실질적으로 증가시키기 위해 Mo를 사용할 필요성을 실증한다. Mo와 조합하여 Nb 및/또는 V의 사용은, 높은 연신율과 높은 신장 플랜지성 모두와 조합하여 고강도를 제공하는, 본질적으로 단상의 페라이트 미세구조를 얻기 위해 높은 수준의 석출 강화를 달성할 수 있는 가능성을 제공한다.
증가된 석출 강화에서의 Mo의 유익한 역할은 바나듐 함량(mwt%)에 대한 석출 강화(MPa)를 나타내는 도 2에 추가로 도시되어 있다. 흑색 원은 0.06 Nb-V-Mo 조성을 갖고 630℃의 코일링으로 제조된 본 발명의 실시예의 강 시트 "3", "7 ~ 9" 및 "12 ~ 13"에 대한 계산된 석출물에 해당한다. 실선은 흑색 원들을 통과하는 선을 나타낸다. 흑색 삼각형(▲)은 0.06 Nb-Mo 조성을 갖고 650℃의 코일링으로 제조된 비교예의 강 시트 "18"의 계산된 석출 강화에 해당한다. 직선은 약 40 ~ 60 ppm 질소, 몰리브덴의 충분한 양과 조합하는 바나듐을 갖는 0.06 Nb-V-Mo 조성이 약 1400 MPa/wt%의 바나듐으로 석출 강화(Δσp)를 증가시키는 것을 나타낸다. 경험적으로, 몰리브덴이 없는 바나듐 및 40 ~ 60 ppm의 질소 레벨은 표 1에 나타낸 바와 같은 Mn 및 C 함량을 갖고 약 630 ~ 650℃의 코일링에 대해 약 890 MPa/wt%로 석출 강화(Δσp)를 증가시킨다. 도 2의 점선은 630 ~ 650℃에서 코일링되고 몰리브덴이 없는 0.06 Nb-V 조성을 갖는 강 시트에 대한 바나듐 함량의 함수에 따른, 계산된 석출 강화를 나타낸다. 점선에서의 백색 삼각형(△)은 650℃에서 코일링되고, 바나듐과 몰리브덴이 없는 0.06 Nb 조성을 갖는 비교예의 강 시트 "22"에 해당한다. 실선과 점선 사이의 거리는 바나듐 석출 강화의 기여도를 증가시키는 몰리브덴의 첨가의 유익한 영향을 나타내며, 단상 페라이트 미세구조를 갖는 고강도 강 시트를 제조하기 위한 몰리브덴의 필요성을 나타낸다.
도 3은 도 2와 유사한 그래프를 도시하며, 도 3의 데이터는 630 ~ 650℃에서 코일링되고, 양쪽 모두 40 ~ 60 ppm의 질소를 갖고, 0.03 Nb-V-Mo를 갖는 강 시트(흑색 원으로 나타낸 본 발명의 실시예의 강 시트 "2" 및 "4 ~ 6") 및 0.03 Nb-V 조성(점선)을 갖는 강 시트에 해당한다. 흑색 삼각형은 바나듐이 없는 0.03 Nb-Mo 조성을 갖는 비교예의 강 시트 "20"에 대한 계산된 석출 강화에 해당한다. 도 2에서와 같이, 화살표는 몰리브덴 첨가에 의한 석출 강화 증가를 나타낸다.
소망 강도 레벨을 갖고, 높은 연신율과 높은 홀 확장성을 충족시키기 위해 세멘타이트 및/또는 펄라이트가 없는 본질적으로 페라이트 미세구조를 갖는 강 시트를 제조하기 위해, C, Nb 및/또는 V, 및 Mo의 함량은 균형이 필요하다. Mo와 조합하는 Nb 및/또는 V의 함량이 C 함량에 대하여 너무 낮으면, 비교예의 강 시트 "18" 내지 "21"의 경우에서와 같이, 미세구조는 본질적으로 단상 페라이트계가 아니며, 상당한 양의 세멘타이트 및/또는 펄라이트가 미세구조 중에 존재하여 홀 확장성을 손상시킬 것이다. Mo 함량이 Nb 및/또는 V 함량과 비교하여 너무 낮으면, 석출 강화의 양이 최적화되지 않고 소망 강도 레벨은 세립 단상 페라이트 미세구조에 의해 달성되지 않을 것이다.
도 4는, 페라이트-베이나이트(FB), 복합 상(Complex Phase)(CP), 및 이중 상(Dual Phase)(DP) 강 시트들을 포함하는, 종래의 열간압연 고강도 저합금(HSLA) 강 및 열간 또는 냉간압연 첨단 고강도(AHS) 강과 비교하여 인장강도 및 홀 확장성 측면에서의 본 발명의 실시예들의 이점을 도시한다. 명확하게, 그들의 본질적으로 단상 페라이트 미세구조들을 갖는 본 발명의 실시예들은 다상 미세구조 및 유사한 인장강도를 갖는 HSLA 또는 AHS 강 시트들 보다 실질적으로 더 높은 홀 확장성 값을 제공한다. 도 4는, 고강도와 높은 신장-플랜지 성형성의 우수한 조합이 요구되는 강 용도들에 대한 현재의 HSLA 또는 AHS 강 시트들 보다 뚜렷한 장점을 제공하는 것을 실증한다. 이러한 용도의 예로서는 섀시 및 서스펜션 부품들이다.
섀시 및 서스펜션 용도를 위한 강 시트들은 우수한 냉간-신장 및 신장-플랜지 성형성과 조합하여 고강도뿐만 아니라 피로파괴에 대한 높은 저항을 요구한다. 피로 특성들을 제어하는 지배적인 요인들 중 하나는 미세구조이다. 일반적으로, 펄라이트, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트를 포함하는 비교적 경질의 탄소-풍부 상 성분들이 없는, 작은 입경 및 균질한 미세구조가 피로 특성들에 유익한 것으로 여겨진다. 다상 미세구조 중의 상 성분들 사이의 경도의 차이는, 응력 국소화에 의해 피로에 대해 해롭게 되고, 탄소-풍부 상 성분과 매트릭스 사이의 경도의 차이가 증가할 때 내피로성에서의 이 해로운 영향이 증가한다고 여겨진다. 탄소-풍부 상 성분들과는 별개로, 큰 티타늄계 석출물들도 동등하게 응력 국소화를 촉진시켜 내피로성을 손상시킬 수 있다. 도 5는, 냉간압연(CR) DP800 및 CP800, 열간압연(HR) HSLA S700, 및 티타늄 및 몰리브덴에 기초한 높은 석출 강화를 갖는 본질적으로 단상의 페라이트계 열간압연 강 등급(HR-F800)에 대해 전형적으로 간주되는 데이터를 갖는 피로파괴(Nf) 곡선에 대한 사이클 함수로서의 S-N(응력)(MPa)을 나타낸다. 곡선들은 -1의 최대 하중(R 값)의 비율을 갖는 단축 고-사이클 피로 시험을 사용하여 결정하였다. 도 5의 데이터는 탄소-풍부 상 성분들의 전술한 유해한 영향을 확인한다. 100000 사이클에 대한 피로강도(fatigue strength)(Δσ로 표현됨)는, 페라이트 매트릭스와 마르텐사이트 섬(martensite island) 사이에 높은 경도차를 갖는 이중 상 미세구조로부터, 상 성분들 사이에 상당히 작은 경도의 차이를 갖는 페라이트 매트릭스 및 베이나이트로 대부분 구성되는 복합 상 미세구조로 가면서 파괴가 증가된다. 도 5의 데이터는, 미세구조 중의 상 성분들 사이의 경도차가 더 감소될 때, HR-S700 및 HR-F800에 대해 나타낸 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이 피로강도는 더 증가되며, 지배적인 페라이트 미세구조들은 반복하중 동안 비교적 낮은 수준의 응력 국소화에 기여하는, 사소한 또는 무시할 수 있는 펄라이트 분율만을 포함한다. 그러나, 모든 강 시트들의 조성은 티타늄을 함유하며, 그들의 미세구조는 큰 티타늄계 개재물들을 포함한다. 전술한 원칙들에 따라, 반복하중 동안 응력 국소화를 가져오는 탄소-풍부 상 성분들과 큰 티타늄계 개재물들이 없는 본질적으로 단상의 페라이트 미세구조를 갖는 본 발명의 실시예의 강 시트 "1" 내지 "16"은 우수한 피로강도를 가질 것이다. 도 6은, 항복강도(MPa)에 대해 의도된 도 5의 S-N 곡선으로부터 얻어진 100000 사이클에서의 파괴에 대한 피로강도를 나타낸다. 선은 선형 피팅(linear fit)을 나타내며, 항복강도와 피로강도 사이의 명확한 상관관계를 보여주며, 피로강도에서의 미세구조의 전술한 영향을 확인한다. 나타낸 예에서와 같이, 도 5 및 도 6은, 본 발명의 특허청구범위에서와 같이 Mo, V 및 선택적으로 Nb를 함유하는 복합 탄화물 석출물들로 석출 강화되는 본질적으로 단상의 페라이트 미세구조에 기초한, 적어도 760 MPa의 항복강도 및 0.9의 최소 항복비를 갖는 열간압연 강 시트에 대해, 100000 사이클에 대한 최소 피로강도는 1000 MPa인 것은 나타낸다.
실시예 2
표 4에 나타낸 화학조성을 갖는 강 "2A" 내지 "2K"는 약 3.0 내지 3.5 mm의 최종 두께로 열간압연에 의해 강 시트 "1" 내지 "66"을 제조하는 표 5 및 표 6에서 주어진 조건들 하에서 열간압연하였다. 표 5 및 표 6에 열거된 열간압연 강 시트들 모두에 대해 런-아웃-테이블에서의 냉각속도는 50℃/s 이었다. 열간압연 강 시트들은 시험(인장 시험, 홀 확장 시험, 굽힘성 시험 및 피로 시험) 전에 산세하였다. 일부 경우에서는, 강 시트들은 열간압연으로부터의 표면 거칠기를 제거하기 위해 시험 전에 부드럽게 연마하였다.
강 시트 "1" 내지 "66"의 인장 특성들은 표 5 및 표 6에 나타낸다. 인장 시험 및 홀 확장 시험은 실시예 1에서 설명된 방식과 완전히 동일하게 실시하였다. 강 시트 "1" 내지 "61"의 홀 확장비들은 표 5에 나타낸다.
Figure 112014118733619-pct00008
다수의 강 시트들은 굽힙성 시험도 실시하였다. 굽힘 각도들은 VDA 규범(norm) 238-100에 기술된 절차에 따라 3점 굽힘가공장치를 사용하여 결정하였다. 이 규범은 시험 조건, 툴링, 형상 및 실험 설정뿐만 아니라 굽힘 한계 평가를 지정한다. VDA 규범 238-100은 또한 굽힘 각도(αt)를 계산하는 방법을 지정한다. 다른 두께를 갖는 강들 사이의 직접 비교를 허용하기 위해, 재료 두께(t)의 제곱근과 동일한 두께보정계수가 일반적으로 사용된다. 1 mm 이상의 다른 두께를 갖는 재료들의 각도는 하기 식을 사용하여 계산하였다.
Figure 112014118733619-pct00009
굽힌 시험 동안, 강 시트를 굽히는 힘으로 펀치를 변위시키는데 필요한 힘이 모니터링된다. 이는, 굽힘 시험 동안 달성되는 최대 변형의 판정을 허용한다. 강 시트 "62" 내지 "66"의 측정된 굽힘 각도와 굽힘 시험 동안 달성된 최대 변형은 표 6에 나타낸다. 강 시트들의 시험은 두 개의 방향, 즉 압연방향에 평행한 방향 및 수직인 방향에서 실시하였다. 표 6에서 보고된 굽힘 각도들은 VDA 238-100에 따라 측정된 굽힘 각도에 기초한 재계산된 값(αt=1 mm)이다.
미세구조는 미세구조 중의 상 성분들을 식별하고 세멘타이트 및/또는 펄라이트의 전체 분율을 측정하기 위해 광학 현미경을 사용하여 확인하였다.
광학 현미경 및 TEM/EDX 분석은, 본 발명의 실시예의 강 시트 "1" 내지 "66"은 티타늄계 석출물들 또는 개재물들이 없는 97% 이상의 페라이트 분율을 갖는 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조를 가지며, 상기 미세구조 중에 석출된 Nb 및/또는 V와 Mo를 함유하는 복합 탄화물들을 포함한다는 것을 나타낸다.
연성 페라이트 미세구조에 충분한 강도를 제공하도록 고밀도의 복합 탄화물들로 강화된, 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조의 강 시트 "1" 내지 "66"은 인장 연신율, 홀 확장 능력 뿐만 아니라 굽힘성 측면에서 우수한 성형성을 충족시키킨다. 이는, 강 시트 "1" 내지 "66"에 대한 표 5 및 표 6에서 보고된 인장 특성, 홀-확장비 및 굽힘 각도로부터 명백하다.
다수의 강 시트들은, 피로 시험 파트 1의 영국 표준 방법(British Standard Methods of Fatigue Testing Part 1)(일반적인 원칙의 안내서 - BS 3518 : Part 1)에 따라 파괴(Nf))에 이르는 사이클의 함수로서 S-N 피로 곡선(응력)(MPa)를 구성하여 피로 응답을 시험하였다. S-N 곡선은 -1의 최대 하중(R 값)의 비율을 갖는 단축 피로 시험에 기초하여 결정하였다. 가급적 피로 응답에 대한 표면 거칠기의 간섭없이 미세구조의 피로 응답을 조사하기 위한 시도로, 샘플들은 피로 시험 전에 연마하였다. 조성 "2G"에 대해, 630℃에서 코일링된 하나의 강 시트가 피로 응답 시험되었다. 조성 "I"에 대해, 하나의 강 시트는 600℃에서 코일링되고(샘플 I-600), 하나의 강 시트는 630℃에서 코일링된(샘플 I-630), 두 개의 강 시트가 피로 응답 시험되었다. 세 개의 샘플 모두의 열간압연 조건 및 인장 특성들은 표 7에 주어진다. 도 7은 강 시트 "2G-630", "2I-600" 및 "2I-630"에 해당하는 S-N 곡선들을 나타낸다. 도 7에 나타낸 데이터는 높은 홀 확장 능력 및/또는 굽힘성을 조합하는 높은 인장 연신율 이외에, 본 발명의 실시예들의 강 시트의 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조는 우수한 피로강도를 또한 제공한다는 것을 나타낸다. 도 7의 데이터는 도 5의 HR-F800의 것과 일치한다.
실시예 3
표 8에 나타낸 화학조성을 갖는 강 "3A" 및 "3B"는 약 3.0 내지 3.5 mm의 최종 두께로의 열간압연에 의해 강 시트 "1" 내지 "8"을 제조하는 표 9에 주어진 조건들 하에서 열간압연하였다. 런-아웃-테이블에서 두 개의 다른 냉각속도, 즉 50 및 100℃/s로 냉각하였다. 열간압연 강 시트들은 인장 시험 및 홀 확장 시험 전에 산세하였다. 일부 경우에서는, 강 시트들은 열간압연으로부터의 표면 거칠기를 제거하기 위해 시험 전에 부드럽게 연마하였다.
Figure 112014118733619-pct00010
샘플들의 인장 및 홀 확장 시험은 상부 버링으로 실시하였으며, 실시예 1 및 2에 개시된 것과 완전히 동일한 방식으로 실시하였다. 강 시트 "1" 내지 "8"의 인장 특성들은 표 9에 나타낸다. 강 시트 "1" 내지 "8"의 홀 확장비는 표 9에 나타낸다.
광학 현미경 분석은, 본 발명의 실시예의 강 시트 "1" 내지 "8"은, 티타늄계 석출물들 또는 개재물들이 없는 97% 이상의 페라이트 분율을 갖는 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조를 가지며, 상기 미세구조 중에 석출된 Nb 및/또는 V와 Mo를 함유하는 복합 탄화물들을 포함한다는 것을 나타낸다.
연성 페라이트 미세구조에 충분한 강도를 제공하도록 고밀도의 복합 탄화물들로 강화된, 실질적으로 단상의 페라이트 미세구조의 강 시트 "1" 내지 "8"은 인장 연신율, 홀 확장 능력 뿐만 아니라 굽힘성 측면에서 우수한 성형성을 충족시키킨다. 이는, 강 시트 "1" 내지 "8"에 대한 표 9의 인장 특성, 및 홀-확장비로부터 명백하다.
Figure 112014118733619-pct00011
Figure 112014118733619-pct00012
Figure 112014118733619-pct00013
Figure 112014118733619-pct00014
Figure 112014118733619-pct00015
Figure 112014118733619-pct00016
Figure 112014118733619-pct00017

Claims (15)

  1. 중량퍼센트로 하기의 조성을 포함하고, 적어도 550 MPa의 인장강도와 성형성의 우수한 조합을 갖는, Ar3 변태점 이상의 온도에서 마무리 열간압연된 고강도 열간압연 강 시트에 있어서,
    - 최대 0.15% C (0% 제외)
    - 최대 0.5% Si (0% 제외)
    - 0.5 내지 2.0% Mn
    - 최대 0.06% P (0% 제외)
    - 최대 0.008% S (0% 제외)
    - 최대 0.1% 가용성 Al (0% 제외)
    - 최대 0.02% N (0% 제외)
    - 0.02 내지 0.45% V
    - 0.05 내지 0.7% Mo
    - 0.01 내지 0.058% Nb
    - 잔부 Fe 및 불가피한 불순물,
    - 여기서, 상기 강 시트는 석출 강화되고, 단상 페라이트 미세구조를 가지며, 상기 미세구조 중의 페라이트 상의 체적 분율은 97% 이상이며, 상기 미세구조 중의 석출물들은 Mo, V 및 Nb를 함유하는 복합 탄화물의 미세 석출물들을 포함하는, 고강도 열간압연 강 시트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 강은 하기 조성 중 적어도 하나를 포함하는, 고강도 열간압연 강 시트.
    - 적어도 1.2% Mn
    - 적어도 0.02% 가용성 Al
    - 적어도 0.04% V
    - 적어도 0.1% Mo
    - 적어도 0.02% C
    - 적어도 0.002% N.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세구조에는 티타늄계 석출물들 또는 티타늄계 개재물들이 존재하지 않는, 고강도 열간압연 강 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    중량퍼센트로 나타내어진 C, Nb, V 및 Mo의 함량은 하기 식을 만족하는, 고강도 열간압연 강 시트.
    Figure 112020027238783-pct00032
  7. 제 1 항에 있어서,
    중량퍼센트로 나타내어진 Nb, V 및 Mo의 함량은 하기 식을 만족하는, 고강도 열간압연 강 시트.
    Figure 112020027238783-pct00033
  8. 제 1 항에 있어서,
    중량퍼센트로 나타내어진 C, N, Nb, V, Mo 및 Al의 함량은 하기 식을 만족하는, 고강도 열간압연 강 시트.
    Figure 112020027238783-pct00034
  9. 제 8 항에 있어서,
    중량퍼센트로 나타낸 Al 및 N의 함량이 (Al/27)/(N/14) < l의 식을 만족하고,
    상기 미세구조는 상기 복합 탄화물 석출물들 외에도 V 및 Nb를 함유하는 질화물 및 탄질화물 석출물들 중 적어도 하나를 포함하는, 고강도 열간압연 강 시트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 강 시트는,
    - 적어도 580 MPa 이상의 인장강도 및 90% 이상의 홀 확장비를 갖거나, 또는
    - 적어도 750 MPa 이상의 인장강도 및 60% 이상의 홀 확장비를 갖거나, 또는
    - 적어도 980 MPa 이상의 인장강도 및 30% 이상의 홀 확장비를 갖는, 고강도 열간압연 강 시트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 강 시트는 표면에 아연계 도금 코팅을 갖는, 고강도 열간압연 강 시트.
  12. 석출 강화되고, 단상의 페라이트 미세구조를 가지며, 상기 미세구조 중의 페라이트 상의 체적 분율은 97% 이상이며, 상기 미세구조 중의 석출물들은 Mo, V 및 Nb를 함유하는 복합 탄화물의 미세 석출물들을 포함하며, 적어도 550 MPa의 인장강도와 성형성의 우수한 조합, 또는 적어도 750 MPa 이상의 인장강도 및 적어도 60%의 홀 확장비, 또는 적어도 980 MPa 이상의 인장강도 및 적어도 30%의 홀 확장비를 갖는, 고강도 강 시트를 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    최대 0.15% C (0% 제외), 최대 0.5% Si (0% 제외), 0.5 내지 2.0% Mn, 최대 0.06% P (0% 제외), 최대 0.008% S (0% 제외), 최대 0.1% 가용성 Al (0% 제외), 최대 0.02% N (0% 제외), 0.02 내지 0.45% V, 0.05 내지 0.7% Mo, 0.01 내지 0.058% Nb, 및 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬래브를 열간압연하는 단계;
    Ar3 변태점 이상의 마무리 열간압연온도에서 상기 열간압연을 마무리하는 단계; 및
    700 내지 585℃온도 범위에서 상기 열간압연 강 시트를 코일링하는 단계를 포함하는, 고강도 강 시트 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 열간압연 강 시트는 10 ℃ 내지 150 ℃의 평균 냉각속도에서 상기 코일링 온도로 냉각되는, 고강도 강 시트를 제조 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    강 시트의 표면에 아연계 도금을 적용하는 단계를 더 포함하는, 고강도 강 시트를 제조 방법.
  15. 제 1 항에 따른 고강도 열간압연 강 시트, 또는 제 12 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 고강도 열간압연 강 시트를 사용하며, 상기 강 시트는,
    - 적어도 750 MPa의 인장강도 및 적어도 60%의 홀 확장비를 가지며, 여기서 인장강도(TS), 전체 연신율(El) 및 시트 두께(t)(mm)는 (TS x El) / t0.2 ＞ 12000의 식을 만족하거나, 또는
    - 적어도 980 MPa의 인장강도 및 적어도 30%의 홀 확장비를 가지며, 여기서 인장강도(TS), 전체 연신율(El) 및 시트 두께(t)(mm)는 (TS x El) / t0.2 ＞ 13000의 식을 만족하거나, 또는
    - 적어도 760 MPa의 인장강도, 0.9의 최소 항복비, 적어도 60%의 홀 확장비 및 1000 MPa의 파괴에 대해 100000 사이클의 최소 피로강도(Δσ)를 가지며, 여기서 인장강도(TS), 전체 연신율(El) 및 시트 두께(t)(mm)는 (TS x El) / t0.2 ＞ 12000의 식을 만족하는, 자동차 섀시 또는 서스펜션 부품.
KR1020147034329A 2012-05-08 2013-05-07 성형가능한 고강도 열간압연 강 시트로 제조된 자동차 섀시 부품 KR102095071B1 (ko)

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